Operational Amplifier

BAB IV

Operational Amplifier

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan op-amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analog lainnya.

Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.

Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;

Gain sangat besar (AOL >>).

Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.

Impedansi input sangat besar (Zi >>).

Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.

Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih besar  yang diparalelkan dengan Zo <<. Adapun simbol op-amp adalah seperti pada gambar 64. Gambar 64 Simbol op-amp dimana,    V1 adalah tegangan masukan dari kaki non inverting V2 adalah tegangan masukan dari kaki inverting Vo adalah tegangan keluaran sehingga
	(1)

Adapun tegangan output maksimum yang dapat dihasilkan adalah:        

              dibawah tegangan sumber

   

Tegangan output maksimum secara praktis dihasilkan sekitar 2 Volt dibawah tegangan sumber   dan disebut juga sebesar tegangan saturasi .           

Gambar 65 memperlihatkan kurva karakteristik hubungan Vi terhadap Vo  untuk rangkaian op-amp dengan tegangan input dihubungkan ke kaki input non inverting (+) dan tegangan 0 Volt (di ground) ke kaki input inverting (-). Sesuai dengan nama input op-amp yaitu apabila input dimasukkan ke kaki non inverting (+) yang artinya tidak membalik maka tegangan output yang dihasilkan adalah sefasa dengan tegangan input. Seperti terlihat pada gambar 1 yaitu saat input Vi bertegangan positif maka output yang dihasilkan juga bertegangan positif dan sebaliknya.  

Gambar 65 Rangkaian op-amp dengan kurva karakteristik I-O

Contoh 1:

    Diket:

        Rangkaian non inverting dengan Vi dihubungkan ke input (+) dan men-ground input (-). Op-amp yang digunakan adalah IC 741 dengan AOL = 200.000 x dan tegangan sumber yang digunakan adalah ±Vs=±15 Volt.

   

Dit:

        Hitunglah   ?     

           

    Jawab:

        dimana   

               

        maka

    Artinya, berdasarkan gambar 65 maka untuk berfungsi sebagai rangkaian detektor maka tegangan input Vi adalah > 65 µ Volt dan < -65 µ Volt sehingga akan menghasilkan Vo dalam kondisi +Vsat atau –Vsat.

Detektor

    Rangkaian detektor ada 2 macam yaitu:

Detektor inverting

Dengan Vref = 0 Volt

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref = 0 Volt adalah seperti gambar 66.

Gambar 66 Rangkaian detektor inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo () yang dihasilkan adalah seperti gambar 67.

Gambar 67 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 68. Dengan Vi > 0 (artinya Vi > 65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±Vs = ±15 Volt) maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 (artinya Vi < -65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±Vs = ±15 Volt) maka Vo = +Vsat.

Gambar 68 kurva karakteristik I-O

Dengan Vref = bertegangan positif

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref  > 0 Volt adalah seperti gambar 69.

Gambar 69 Rangkaian detektor inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo () yang dihasilkan adalah seperti gambar 70.

Gambar 70 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 71. Dengan Vi > Vref maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < Vref maka Vo = +Vsat.

Gambar 71 kurva karakteristik I-O

Dengan Vref = bertegangan negatif

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref  < 0 Volt adalah seperti gambar 72.

Gambar 72 Rangkaian detektor inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo () yang dihasilkan adalah seperti gambar 73.

Gambar 73 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 74. Dengan Vi > Vref maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < Vref maka Vo = +Vsat.

Gambar 74 kurva karakteristik I-O

Detektor non inverting

Dengan Vref = 0 Volt

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref = 0 Volt adalah seperti gambar 75.

Gambar 75 Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan Vref = V2 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo () yang dihasilkan dengan simulasi multisim adalah seperti gambar 76.

Gambar 76 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 77. Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat.

Gambar 77 kurva karakteristik I-O

Dengan Vref = bertegangan positif

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti gambar 78.

Gambar 78 Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan +Vref = V2 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo () yang dihasilkan dengan simulasi multisim adalah seperti gambar 79.

Gambar 79 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 80. Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat.

Gambar 80 kurva karakteristik I-O

Dengan Vref = bertegangan negatif

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref < 0 Volt adalah seperti gambar 81.

Gambar 81 Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan -Vref = V2 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo () yang dihasilkan adalah seperti gambar 82.

Gambar 82 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 83. Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat.

Gambar 83 kurva karakteristik I-O

Komparator

Ketika rangkaian detektor dengan input Vi ditumpangi oleh noise Vn yang berfrekuensi tinggi seperti gambar 84 maka frekuensi output menjadi tidak sama dengan frekuensi input seperti terlihat pada gambar 85.

Gambar 84 Rangkaian yang ditumpangi noise

Gambar 85 Frekuensi input tidak sama dengan frekuensi output (fout > fin)

Untuk menghindari pengaruh tegangan noise Vn yang membuat frekuensi output tidak sama dengan frekuensi inputnya maka digunakan rangkaian komparator dengan feedback positif seperti gambar 86 dan menjadikan frekuensi output sama dengan frekuensi input walaupun ada terjadi pergeseran fasa seperti terlihat pada gambar 87.

Gambar 86 Rangkaian komparator

Gambar 87 Frekuensi input sama dengan frekuensi output (fout = fin)

    Rangkaian komparator ada 2 macam yaitu:

Komparator inverting

Dengan Vref = 0 Volt

Rangkaian komparator inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref  = 0 Volt adalah seperti gambar 88.

Gambar 88 Rangkaian komparator inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT(Upper Threshold Voltage)  atau VLT(Lower Threshold Voltage)   maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat.

Misalkan tegangan output  VO = +Vsat seperti gambar 89 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VUT:

dimana, selama:

Gambar 89 Rangkaian komparator inverting saat VO = +Vsat

Misalkan tegangan output  VO = -Vsat seperti gambar 90 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VLT:

dimana, selama:

Gambar 90 Rangkaian komparator inverting saat VO = -Vsat

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 91 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 92.

Gambar 91 Bentung gelombang tegangan output

Gambar 92 Kurva karakteristik I-O

dimana,

Dengan Vref 0 Volt

Rangkaian komparator inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref 0 Volt adalah seperti gambar 93.

Gambar 93 Rangkaian komparator inverting

    Misalkan tegangan output  VO = +Vsat seperti gambar 94 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VUT:

eliminasi R selama,

Gambar 94 Rangkaian komparator inverting saat VO = +Vsat

Misalkan tegangan output  VO = -Vsat seperti gambar 95 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VLT:

eliminasi R selama,

Gambar 95 Rangkaian komparator inverting saat VO = -Vsat

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 96 dan gambar 97 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 98 dan gambar 99.

Gambar 96 Bentung gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan positif

Gambar 97 Bentung gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan negatif

Gambar 98 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan positif

Gambar 99 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan negatif

Komparator non inverting

Dengan Vref = 0 Volt

Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref = 0 Volt adalah seperti gambar 100.

Gambar 100 Rangkaian komparator non inverting

    Untuk menghitung berapa tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat.

Misalkan tegangan output  VO = +Vsat seperti gambar 101 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT:

eliminasi R selama,

Gambar 101 Rangkaian komparator non inverting saat VO = +Vsat

Misalkan tegangan output  VO = -Vsat seperti gambar 102 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT:

eliminasi R selama,

Gambar 102 Rangkaian komparator non inverting saat VO = -Vsat

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 103 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 104.

Gambar 103 Bentuk gelombang tegangan output VO dengan Vref  = 0 Volt

Gambar 104 Kurva karakteristik I-O

Dengan Vref 0 Volt

Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref 0 Volt adalah seperti gambar 105.

Gambar 105 Rangkaian komparator non inverting

    Misalkan tegangan output  VO = +Vsat seperti gambar 106 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VLT:

selama,

Gambar 106 Rangkaian komparator non inverting saat VO = +Vsat

Misalkan tegangan output  VO = -Vsat seperti gambar 107 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah VUT:

selama,

Gambar 107 Rangkaian komparator non inverting saat VO = -Vsat

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 108 dan gambar 109 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 110 dan gambar 111.

Gambar 108 Bentung gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan positif

Gambar 109 Bentung gelombang tegangan output dengan Vref = bertegangan negatif

Gambar 110 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan positif

Gambar 111 Kurva karakteristik I-O dengan Vref = bertegangan negatif

Sehingga,

Amplifier

Gambar 112 memperlihatkan rangkaian op-amp dengan kurva karakteristik Input-Output yaitu hubungan Vi terhadap VO. Dari kurva Karakteristik I-O tersebut amplifier bekerja pada karakteristik yang membentuk hubungan linear artinya semakin besar Vi maka semakin besar juga VO dan sebaliknya. Operasi amplifier menghindari output dalam kondisi saturasi karena akan membuat cacat keluaran outputnya.

Gambar 112 Rangkaian dan kurva karakteristik I-O

Ciri-ciri rangkaian amplifier adalah adanya feedback (umpan balik) negatif dari output ke input inverting (-) op-amp.

Rangkaian amplifier ada 4 macam, yaitu:

4.3.1 Inverting Amplifier

    Adapun rangkaian inverting amplifier adalah seperti gambar 113 dimana sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat.

Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 114. Dalam analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga  tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non inverting terhadap tegangan di kaki inverting) Ed = 0, artinya VA (tegangan di titik A) = 0 sehingga arus yang melewati Ri sama dengan arus yang melewati Rf karena arus yang masuk ke kaki inverting sangat kecil karena sifat op-amp dimana impendasi (Zi) inputnya sangat besar. Adapun rangkaian pengganti untuk menghitung arus I adalah seperti gambar 115.

Gambar 113 Rangkaian inverting amplifier

Gambar 114 Rangkaian inverting amplifier dengan input dc positif

Dari rangkaian gambar 114 dengan Ed = 0 maka VA = 0 sehingga rangkaian dapat disederhanakan menjadi seperti gambar 51 untuk mencari arus I.

Gambar 115 Rangkaian untuk menghitung arus I

Dengan maka dapat dicari ACL untuk gambar 115, yaitu;  

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 116 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 117.

Gambar 116 Bentung gelombang tegangan output VO

Gambar 117 Kurva karakteristik I-O

4.3.1.1 Inverting Adder Amplifier

Rangkaian inverting adder amplifier (pembalik) adalah seperti gambar 118.

Gambar 118 Rangkaian inverting adder amplifier

Dari gambar 118 dengan memakai hukum Kirchoff  dimana arus masuk sama dengan arus keluar sehingga arus di Rf sama dengan jumlah arus di R1, R2 dan R3.

Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 sehingga VA = 0

maka,

       

Jika input lebih dari 3 maka dapat dipakai persamaan umum sebagai berikut:

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 119.

Gambar 119 Bentung gelombang tegangan output VO dengan input tegangan dc

Rangkaian inverting adder amplifier dengan 3 input bertegangan ac seperti gambar 120 dan hasil simulasi pada gambar 121.

Gambar 120 Rangkaian inverting adder amplifier dengan 3 input bertegangan ac

Gambar 121 Bentung gelombang tegangan output VO dengan input tegangan ac

4.3.2 Non Inverting Amplifier

    Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) adalah seperti gambar 122, input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga tegangan output yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input. Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 123.

Gambar 122 Rangkaian non inverting amplifier

Gambar 123 Rangkaian non inverting amplifier dengan input dc positif

Dari rangkaian gambar 123 dengan syarat op-amp ideal Ed = 0 maka VA = Vi sehingga rangkaian dapat disederhanakan untuk mencari arus I seperti gambar 124.

Gambar 124 Rangkaian untuk menghitung arus I

Dengan maka dapat dicari ACL rangkaian non inverting amplifier gambar 123, yaitu;  

Adapun hasil simulasi bentuk gelombang I-O seperti gambar 125 dan karakteristik I-O seperti gambar 126.

Gambar 125 Bentung gelombang tegangan output VO dengan input Vac

Gambar 126 Kurva karakteristik I-O

4.3.2.1 Non Inverting Adder Amplifier

Rangkaian non inverting adder amplifier (pembalik) adalah seperti gambar 127.

Gambar 127 Rangkaian non inverting adder amplifier

Dari gambar 127 dengan memakai metoda loop tertutup untuk mencari arus loop sehingga bisa dicari tegangan input Vi.  

Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 sehingga VA = Vi

maka,

substitusi I

   

substitusi Vi

jika R1 = R2 = Ri = Rf = R maka VO = V1 + V2

       

Jika memakai tiga input seperti gambar 128 maka rumus tegangan VO dapat dicari dengan metoda loop tertutup tersebut, adapun turunan rumus VO adalah:

Selesaikan dua persamaan diatas dengan metoda matrik untuk mencari I1, didapatkan;

substitusi I,

substitusi Vi

jika R1 = R2 = R3 = Ri = Rf = R maka

dan bila Rf = 2R maka

Gambar 128 Rangkaian non inverting adder amplifier dengan 3 input

4.3.3 Voltage Follower

    Rangkaian voltage follower atau buffer dimana ACL = 1, adalah seperti pada gambar 129.

Gambar 129 rangkaian voltage follower

Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 maka VO = Vi sehingga

Bentuk gelombang tegangan input dan gelombang tegangan output adalah sama karena ACL = 1 dan sefasa karena Vi diinputkan ke kaki non inverting seperti pada gambar 130 dan kurva karakteristik I-O seperti gambar 131.

Gambar 130 Bentung gelombang tegangan output VO dengan input Vac

Gambar 131 Kurva karakteristik I-O

4.3.4 Differential Amplifier

    Rangkaian Differential Amplifier adalah seperti pada gambar 132.

Gambar 132 rangkaian Differential Amplifier

Rangkaian Differential Amplifier adalah menghasilkan selisih dari dua input yang satu diinputkan ke kaki inverting dan yang satu lagi diinputkan ke kaki non inverting seperti terlihat pada gambar 132 diatas.

Untuk mendapatkan rumus maka pertama digroundkan V2 sehingga rangkaian menjadi rangkaian non inverting amplifier seperti gambar 133.

dimana,

substitusi,

maka,

   

Gambar 133 rangkaian Non inverting Amplifier

Untuk mendapatkan rumus maka digroundkan V1 sehingga rangkaian menjadi rangkaian inverting amplifier seperti gambar 134.

dimana,

Gambar 134 rangkaian inverting Amplifier

maka,

Bentuk gelombang tegangan input V1 dan V2 serta gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 135.

Gambar 135 (a) Bentuk gelombang tegangan input V1 dan V2 , (b) bentuk gelombang tegangan VO

4.4  Pembangkit Sinyal

4.4.1  Ramp Generator

    Rangkaian Ramp generator berdasarkan respon outputnya ada dua macam yaitu ramp-up dan ramp-down seperti pada gambar 136.

(a)	(b)

Gambar 36 Rangkaian Ramp generator (a) ramp-up dan (b) ramp-down

Untuk membuat respon seperti gambar 136 maka rangkaian memakai kapasitor dengan menerapkan prinsip kerja kapasitor seperti pada gambar 137.

Gambar 137 Prinsip kerja kapasitor

dimana,

dengan Q = muatan dalam kapasitor

Rangkaian Ramp generator adalah seperti pada gambar 138.

Gambar 138 Rangkaian Ramp generator

Op-amp ideal Ed = 0 maka VA = 0 sehingga

Bentuk gelombang tegangan output VO adalah seperti pada gambar 139

Gambar 139 rangkaian dan bentung gelombang tegangan output VO dengan tegangan input sebesar +Vi

4.4.2  Triangle Generator

    Rangkaian pembangkit gelombang segitiga (Triangle Generator) dapat dibuat dari rangkaian ramp generator diseri dengan komparator dan output komparator di-feedback-kan ke input ramp generator.seperti gambar 140 dan bentuk gelombang output seperti gambar 141.

Gambar 140 rangkaian triangle generator

Gambar 141 Bentung gelombang tegangan output VO

dimana,

dengan t1 adalah ramp generator bekerja sebagai Ramp-down, t2=Ramp-up dan t3=Ramp-down.

selama,

saat,

selama,

saat,

selama,

saat,

Soal:

Rancanglah rangkaian pembangkit gelombang segitiga dengan Vpp = 6 V dan frekuensi 1 kHz.

4.4.3  Sawtooth Generator

    Rangkaian pembangkit gelombang gigigergaji (Sawtooth Generator) seperti gambar 142 jika –Vi maka akan menghasilkan gelombang output (VO = VP ) gigigergaji positif seperti gambar 143.

Gambar 142 rangkaian triangle generator

Gambar 143 Bentung gelombang tegangan output VO

dimana t=T dan VO = VP,

Atau

4.4.4  Sinus Generator

    Salah satu rangkaian pembangkit gelombang sinus adalah memanfaatkan osilator jembatan Wein seperti gambar 144. Dioda Zener berfungsi untuk membuat output tidak saturasi karena akan ada satu dioda zener yang aktif dan menguragi penguatan bila tegangan keluaran melampaui tegangan saturasi seperti gambar 145.

Gambar 144 rangkaian pembangkit gelombang sinus

Pada rangkaian simulasi gambar 144 diset potensiometer pada posisi 80% yang membuat penguatan tegangan lebih kecil sehingga tegangan output tidak cacat atau saturasi seperti gambar 145.

Gambar 145 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output

4.4.5  Astable Multivibrator

        Rangkaian Astable Multivibrator adalah rangkaian pembangkit gelombang persegi tanpa sumber input. Prinsip kerjanya hampir sama seperti rangkaian pembangkit gelombang segitiga dengan memakai rangkaian ramp dan komparator. Rangkaian ini gabungan dua rangkaian dalam satu op-amp yaitu rangkaian penguat yang menggunakan sebuah kapasitor sebagai pengganti Ri dan rangkaian komparator seperti gambar 146.

Gambar 146 rangkaian pembangkit gelombang persegi

    Untuk menentukan tegangan ambang VUT atau VLT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output VO sama dengan +Vsat atau –Vsat.

Pada saat VO = +Vsat, input di pin (+) mendapat feedback sebesar dan kapasitor C diisi dengan arah arus dari VO melalui Rf dan C ke ground sehingga tegangan kapasitor VC menjadi naik, selama;

    

Pada saat VO = -Vsat, input di pin (+) mendapat feedback sebesar dan kapasitor C membuang dengan arah arus dari ground melalui C dan Rf ke Vo sehingga tegangan kapasitor VC menjadi turun, selama;

Perubahan tegangan kapasitor VC saat pengisian maupun pembuangan dan perubahan tegangan output VO = VO(Comparator) dapat dilihat pada gambar 147.

Gambar 147 Bentung gelombang tegangan kapasitor VC dan tegangan output VO

Adapun prinsip pengisian (Charge) dan pengosongan (discharge) kapasitor adalah:

Pengisian kapasitor

Kurva pengisian kapasitor seperti gambar 148

Gambar 148 Kurva pengisian kapasitor

Pada saat,

Eliminasi Vsat,

Pengosongan kapasitor

Adapun kurva pengosongan kapasitor seperti gambar 149.

Gambar  149 Kurva pengosongan kapasitor

Pada saat,

Eliminasi Vsat,

Duty cycle(D),

D = 50%,

Untuk,

 

Maka,

    Rangkaian dan hasil simulasi  astable multivibrator seperti gambar 150.   

Gambar 150 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output untuk D = 50%

D 50%

Untuk,

Maka,

Bila,

Rangkaian astable multivibrator mempunyai Rf1 dan Rf2 untuk D > 50% adalah seperti pada gambar 151.

Gambar 151 rangkaian astable multivibrator untuk D 50%

Rangkaian dan hasil simulasi untuk D 50% seperti gambar 152.

Gambar 152 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output untuk D 50%

Prosedur Perancangan :

Tentukanlah terlebih dahulu harga C = µF

Tentukanlah harga R2 R1

Hitung nilai untuk D = 50%  (dimana tc = td)

4.4.6  One shot Multivibrator

    Rangkaian One shot Multivibrator adalah rangkaian astable multivibrator yang mempunyai satu kondisi stabil dan akan kembali ke kondisi stabil kembali sesudah ditriger. Rangkaian One shot Multivibrator merupakan rangkaian  astable multivibrator dengan ditambahkan rangkaian triger yang terhubung ke kaki non inverting seperti gambar 153. Untuk membuat kondisi output VO menjadi tidak stabil dapat diberikan sinyal input trigger positif maupun negatif sesuai rancangan seperti gambar 154.

Gambar 153 rangkaian One shot Multivibrator

Dari gambar 153 dapat dijelaskan bahwa pada saat keadaan steady state Vi = 0, VO = +Vsat sehingga,

           

maka kapasitor C mengisi (charge) dari VO melalui R3, D2, dan C ke ground    .

Tegangan kapasitor VC < VLT karena Vcmax = VD = 0,7 Volt.

Gambar 154 Bentung gelombang tegangan input trigger, tegangan kapasitor VC dan tegangan output VO(comparator).

Ketika diberi trigger Vi yang besarnya Vip =2 (–VLT) (supaya bekerja baik) maka VO berubah dari +Vsat menjadi –Vsat sehingga C discharge atau arus discharge dari kapasitor C melalui D1 dan R4 ke output op-amp VO = -Vsat, sehingga . Pada input non inverting akan berharga minus dari penjumlahan tegangan Vip = 2 (–VLT) dengan VUT maka dihasilkan harga sama dengan VLT sehingga bila dibandingkan dengan input inverting sebesar Vd akan membuat output VO berubah dari +Vsat menjadi –Vsat dan Vref berubah menjadi sebesar VLT.

Kapasitor C mengalami discharge sampai VC ≤ VLT maka tegangan output VO berubah dari -Vsat menjadi +Vsat dan Vref berubah menjadi sebesar VUT  seperti gambar 90.

Untuk membuat waktu kapasitor C saat charge (tC) lebih kecil adalah dengan memasang R yang lebih kecil. Misalkan R3=0,1 R4 maka tr (recovery time) = 0,1 τ.

Gambar 153 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output